專利名稱：汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體地說，是一種汽車與 行人碰撞事故再現(xiàn)的系統(tǒng)。
技術(shù)背景行人是交通事故中容易受到傷害的群體，嚴(yán)重的撞擊傷害可導(dǎo)致死亡，2005 年的國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，保守估計(jì)，我國(guó)有2萬(wàn)6千余名行人死于交通事故，占 到交通事故總死亡的24%，又有將盡9萬(wàn)余名行人在交通事故中受到嚴(yán)重傷害。 在交通安全領(lǐng)域，事故過程再現(xiàn)是一個(gè)重要的研究課題，汽車與行人碰撞事故再 現(xiàn)是交通安全領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在此，汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)是根據(jù)事 故現(xiàn)場(chǎng)遺留信息，進(jìn)行碰撞過程參數(shù)提取、仿真建模、優(yōu)化再現(xiàn)和仿真結(jié)果后處 理的過程，既可以作為交警部門處理交通事故糾紛，認(rèn)定事故責(zé)任的理論依據(jù)， 也是汽車廠商改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加汽車安全性能的參考。由于汽車與行人碰撞事故發(fā)生后，僅僅通過現(xiàn)場(chǎng)遺留信息很難解釋大多數(shù)事故發(fā)生的過程，從而出現(xiàn)事故責(zé) 任糾紛、車輛保險(xiǎn)賠償?shù)葐栴}，這就需要碰撞過程再現(xiàn)進(jìn)行輔助認(rèn)定。就事故過 程再現(xiàn)而言，雖然可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由現(xiàn)場(chǎng)汽車停止位置、行人拋落位置、現(xiàn)場(chǎng)散 落物和剎車印記等信息進(jìn)行反推，但缺乏理論依據(jù)和說服力，根據(jù)事故處理經(jīng)驗(yàn)不同也極易產(chǎn)生偏差，對(duì)事故過程進(jìn)行錯(cuò)誤判斷，為此，使用汽車與行人碰撞事 故再現(xiàn)系統(tǒng)必將成為汽車與行人碰撞類型交通事故過程再現(xiàn)的重要解決工具。汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)問題，典型的分析方法包括沖量/動(dòng)量分析、多剛 體分析和有限元分析三種分析方法。沖量/動(dòng)量分析方法采用沖量/動(dòng)量守恒原 理，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，忽略汽車變形等因素，對(duì)行人碰撞參數(shù)的輸出也較為粗略； 多剛體分析方法是目前解決汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)問題最常用的方法，基于多 剛體能量和動(dòng)量守恒理論，以剛體穿透模擬變形，具有運(yùn)算速度快，碰撞結(jié)果和 人體損傷描述詳細(xì)等特點(diǎn)；有限元分析方法也是近幾年興起的一種重要的事故再 現(xiàn)方法，但由于精細(xì)有限元模型建立時(shí)間長(zhǎng)，運(yùn)算規(guī)模大，對(duì)于頻發(fā)性汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)，實(shí)用性較低。本專利采用多剛體方法建立汽車與行人碰撞模型， 并進(jìn)行仿真和優(yōu)化再現(xiàn)，可取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判定方式，在提高事故分析效率的同 時(shí)，對(duì)事故過程再現(xiàn)提供理論依據(jù)和工具支持。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，美國(guó)國(guó)家高速公路安全局(NSTHA)和日本 汽車研究所(JARI)明確規(guī)定了各自在進(jìn)行車人碰撞仿真時(shí)所采用的汽車模型規(guī) 格、行人假人姿態(tài)等，并正在建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使仿真結(jié)果成為事故責(zé)任認(rèn)定的法 律依據(jù)，但對(duì)真實(shí)事故再現(xiàn)，尤其是再現(xiàn)系統(tǒng)支持相對(duì)不足，都沒有形成完善的 可以用于實(shí)際交通事故處理的全程支持工具，尤其是對(duì)在國(guó)內(nèi)所發(fā)生的交通事 故，中國(guó)行人體型特征等因素都沒有予以考慮。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610029123.3 名稱為"基于三維多剛體模型的轎車-人碰撞事故再現(xiàn)優(yōu)化方法"，該技術(shù)提供一 種轎車-人碰撞事故再現(xiàn)方法，包括模型建立和仿真優(yōu)化，其主要針對(duì)轎車和行人的交通事故提出一種理論算法，對(duì)于實(shí)際案例的事故再現(xiàn)應(yīng)用還存在很大缺 陷，如不能進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)信息采集、優(yōu)化再現(xiàn)和結(jié)果處理等，而且所提出的模型 沒有考慮中國(guó)車輛和行人特征，優(yōu)化算法也不完整。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提供一種汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系 統(tǒng)，使其對(duì)符合中國(guó)國(guó)情的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，可以為從事故信息采 集、事故過程再現(xiàn)、仿真優(yōu)化和再現(xiàn)結(jié)果后處理提供全程支持，為使用者尤其是 交通管理部門提供很大的便利。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊、行人 拋落位置定位模塊、碰撞過程仿真模塊、優(yōu)化再現(xiàn)模塊和事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模 塊。系統(tǒng)各模塊共用統(tǒng)一的圖形化用戶界面(GUI)，通過該界面實(shí)現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)信 息提取與重構(gòu)、行人拋落位置定義、仿真建模、建立優(yōu)化流程等交互式操作，并 接收交互式操作過程中中間結(jié)果及可視化優(yōu)化和仿真后處理結(jié)果。其中事故現(xiàn) 場(chǎng)重構(gòu)模塊負(fù)責(zé)事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和圖片采集、現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)還原，同時(shí)，根據(jù)需要可以 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的二次采集；行人拋落位置定位模塊從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提取行人 參數(shù)，對(duì)行人拋落位置及倒地姿態(tài)進(jìn)行重建，可以提供對(duì)行人拋落位置和形態(tài)的 詳細(xì)模型描述；碰撞過程仿真模塊導(dǎo)入行人拋落位置定位模塊所建行人拋落停止 位置模型，對(duì)行人假人進(jìn)行符合受害人體型特征的模型縮放，同時(shí)從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提取車輛、散落物及事故現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)參數(shù)，建立完整的碰撞前事故現(xiàn)場(chǎng)三維 模型，并仿真計(jì)算初步碰撞結(jié)果；優(yōu)化再現(xiàn)模塊以碰撞仿真模塊仿真計(jì)算初步結(jié) 果為優(yōu)化初始條件，建立優(yōu)化流程，定義優(yōu)化算法，對(duì)仿真碰撞過程進(jìn)行優(yōu)化， 再現(xiàn)車人碰撞的全過程；事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊對(duì)優(yōu)化后的仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行 碰撞過程動(dòng)畫和碰撞參數(shù)顯示。所述事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊包括三個(gè)子模塊事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖 重建子模塊和事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊。事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊采用三坐標(biāo)標(biāo) 定物和環(huán)形拍攝方式獲取事故現(xiàn)場(chǎng)信息，可以快速、精確的完成事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采 集、記錄和存儲(chǔ)；現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊使用事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊所采集的事故 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理后，得到事故現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，同時(shí)，通過攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)事故 現(xiàn)場(chǎng)照片進(jìn)行精確測(cè)量，準(zhǔn)確定位車輛、行人、散落物、標(biāo)定物和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志物等 的坐標(biāo)、尺寸，重繪事故現(xiàn)場(chǎng)圖；事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊采集事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采 集子模塊和現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊事故中車輛、護(hù)欄等變形信息，以及各實(shí)體的三維 空間位置坐標(biāo)，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立事故現(xiàn)場(chǎng)三維模型，該模型包含事故車輛、 行人模型和事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，可以在三維環(huán)境中從任意角度和任意縮放比例查看事 故場(chǎng)景中各車輛、人員等物體，并支持對(duì)場(chǎng)景中任意兩點(diǎn)的距離進(jìn)行測(cè)量。所述行人拋落位置定位模塊包括事故行人信息提取子模塊和行人多點(diǎn)定位 子模塊。事故行人信息提取子模塊針對(duì)行人拋落停止位置和姿態(tài)，同時(shí)參考尸體 檢驗(yàn)報(bào)告或醫(yī)院損傷證明，將行人相關(guān)信息進(jìn)行匯總和預(yù)處理，以此為基礎(chǔ)，分 析行人損傷產(chǎn)生的原因，確定行人倒地位置和姿態(tài)；所述多點(diǎn)定位子模塊依據(jù)事 故行人信息提取子模塊所提取的行人人體參數(shù)確定人體整體尺寸、質(zhì)量及身體部 位的尺度，事故中人體損傷部位和損傷程度，然后采用行人多點(diǎn)定位方法，對(duì)行 人拋落位置和姿態(tài)進(jìn)行精確定位。所述多點(diǎn)定位子模塊包括行人人體特征分析、行人損傷分析和行人位置形態(tài) 多點(diǎn)定位三個(gè)子模塊，行人人體特征分析子模塊依據(jù)事故行人信息提取子模塊所 提取的行人人體參數(shù)定義人體整體尺寸、質(zhì)量及不同身體部位的不同尺度，行人 損傷分析子模塊確定事故中人體損傷部位和損傷程度，行人位置形態(tài)多點(diǎn)定位子 模塊是該模塊的核心功能，將行人拋落停止位置劃分為正臥、左側(cè)臥、右側(cè)臥、 俯臥四種基本形態(tài)，四肢伸展、四肢并攏兩種輔助形態(tài)，從事故過程再現(xiàn)結(jié)果中，提取行人四肢、頭、胸等部位的關(guān)鍵點(diǎn)空間三維坐標(biāo)，通過三維坐標(biāo)的絕對(duì)位置 定位和相互耦合關(guān)系，對(duì)行人拋落位置和姿態(tài)進(jìn)行精確定位。所述碰撞過程仿真模塊包括三個(gè)子模塊多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊、適用 于中國(guó)人體型特征行人假人模型建模子模塊和仿真計(jì)算子模塊。多剛體事故現(xiàn)場(chǎng) 建模子模塊所采用的多剛體分析方法是目前解決汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)問題 的基礎(chǔ)方法，以多剛體形式進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境構(gòu)建，基于多剛體能量和動(dòng)量守恒 理論，以剛體穿透模擬變形，定義汽車行人碰撞模型；適用于中國(guó)人體型特征行 人假人模型建模子模塊負(fù)責(zé)根據(jù)實(shí)際的車人交通事故案例，采用不同尺度的因 素，定制指定的X， Y和Z方向，不同尺度的因素適用于不同的身體部位，基于 人體測(cè)量學(xué)進(jìn)行參數(shù)縮放，包括幾何尺寸縮放、傳感器的位置縮放、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量縮放、其它特性(剛度，摩擦，阻尼和遲滯)縮放、橢球和接觸特性縮放、 其它力模型縮放等，通過對(duì)行人假人模型進(jìn)行定制，可以更加精確的仿真行人碰 撞位置、拋起和落地形態(tài)，使仿真結(jié)果與碰撞過程實(shí)際更加吻合；仿真計(jì)算子模 塊將多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊和適用于中國(guó)人體型特征行人假人模型建模子 模塊，所建立的事故現(xiàn)場(chǎng)模型和車人碰撞模型采用多剛體碰撞理論進(jìn)行仿真計(jì) 算，仿真車人碰撞的全過程，運(yùn)算速度快，碰撞結(jié)果和人體損傷描述詳細(xì)，取代 傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判定方式，既能提高事故分析效率，又可以為事故過程再現(xiàn)提供理論 依據(jù)和工具支持。所述優(yōu)化再現(xiàn)模塊包括三個(gè)子模塊優(yōu)化流程定義子模塊、優(yōu)化算法子模塊 和優(yōu)化結(jié)果處理子模塊。優(yōu)化流程定義子模塊把碰撞過程仿真模塊的仿真序列轉(zhuǎn) 變?yōu)閮?yōu)化分析流程圖，應(yīng)用自動(dòng)設(shè)計(jì)和分析工作流程提高事故過程仿真再現(xiàn)優(yōu)化 分析效率；優(yōu)化算法子模塊運(yùn)用優(yōu)化流程定義子模塊所定義的優(yōu)化流程，進(jìn)行設(shè) 計(jì)空間探索(設(shè)計(jì)變量靈敏度分析)和設(shè)計(jì)目標(biāo)數(shù)值優(yōu)化計(jì)算，通過各種快速收 斂算法，達(dá)到理想的事故再現(xiàn)效果，同時(shí)分析和提高再現(xiàn)結(jié)果的魯棒性和可靠性； 優(yōu)化結(jié)果處理子模塊以響應(yīng)面、響應(yīng)曲線、優(yōu)化收斂曲線或表格的形式對(duì)優(yōu)化再 現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行提取和顯示。所述優(yōu)化流程定義子模塊以車輛停止位置和行人拋落位置為優(yōu)化目標(biāo)，以人 體損傷骨折標(biāo)準(zhǔn)(HIC值和最大沖擊力)為約束條件，通過汽車與行人碰撞事故 再現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一的圖形化用戶界面(GUI)進(jìn)行優(yōu)化流程定義，把碰撞過程仿真模塊的仿真序列轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化分析流程圖，用建立模塊的方式來(lái)描述仿真序列中包含 程序代碼、設(shè)計(jì)變量和對(duì)應(yīng)結(jié)果的工程分析流程，采用過程集成和再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì) 技術(shù)，集成的仿真計(jì)算功能，應(yīng)用自動(dòng)設(shè)計(jì)和分析工作流程提高事故過程仿真再 現(xiàn)優(yōu)化分析效率。所述事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊包括碰撞過程動(dòng)畫顯示子模塊和碰撞參數(shù)顯 示子模塊。碰撞過程動(dòng)畫顯示子模塊以事故再現(xiàn)結(jié)果為輸入，通過不同時(shí)間步長(zhǎng) 車人位置坐標(biāo)改變的方式驅(qū)動(dòng)車人碰撞過程動(dòng)畫，同時(shí)可以顯示行人假人模型各 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，再現(xiàn)汽車與行人碰撞事故的全過程；碰撞參數(shù)顯示子模塊以事 故再現(xiàn)參數(shù)結(jié)果為輸入，以曲線或表格的形式分類顯示碰撞過程中汽車和人體損 傷、車人位移、速度、加速度和受力情況等參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是，能夠有效采集和提取汽車與行人碰撞類型交通事故現(xiàn) 場(chǎng)信息、進(jìn)行過程仿真、事故再現(xiàn)優(yōu)化和事故再現(xiàn)結(jié)果后處理，具有標(biāo)準(zhǔn)化、高 效率與高可靠性等特點(diǎn)。同時(shí)提供優(yōu)化結(jié)果和事故再現(xiàn)結(jié)果的后處理圖形界面。本發(fā)明對(duì)于汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)的特點(diǎn)在于1、 提供一種包括攝影測(cè)量技術(shù)在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)信息采集方法，可以更加高效、 準(zhǔn)確的獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，并可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息的二次提取2、 支持行人拋落姿態(tài)多點(diǎn)定位，精確描述行人倒地姿態(tài)3、 支持符合中國(guó)人體型特征的行人假人模型建模4、 支持仿真過程優(yōu)化，基于行人人體損傷的優(yōu)化約束條件和車人碰撞停止 位置優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定5、 支持對(duì)優(yōu)化后的事故仿真再現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行碰撞過程動(dòng)畫和碰撞參數(shù)的圖形 化顯示本發(fā)明與現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)包含現(xiàn)場(chǎng)信息采集、快速仿真定制、 高效仿真優(yōu)化和仿真結(jié)果后處理在內(nèi)的實(shí)際汽車與行人交通事故處理全過程，而 且事故處理周期短，精度高、可靠性高，符合中國(guó)車人特征，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種車 型、各種符合中國(guó)人體特征的行人姿態(tài)、各種車速和碰撞位置的事故再現(xiàn)。與目 前交通事故經(jīng)驗(yàn)判定處理方法相比，可以將數(shù)據(jù)采集精度提高20%以上，最高事 故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集精度可達(dá)到95%以上，事故處理時(shí)間由一周縮短為三天，事故再 現(xiàn)精度提高30%，并能生成事故再現(xiàn)優(yōu)化收斂曲線、碰撞過程動(dòng)畫和各種碰撞參數(shù)曲線。此外，本發(fā)明具有完善的數(shù)據(jù)采集、碰撞仿真和再現(xiàn)優(yōu)化算法理論支持， 與傳統(tǒng)事故處理結(jié)果相比，更具有說服力。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖l所示，本實(shí)施例包括五大模塊事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊、行人拋落位置定 位模塊、碰撞過程仿真模塊、優(yōu)化再現(xiàn)模塊和事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊。系統(tǒng)各 模塊共用統(tǒng)一的圖形化用戶界面(GUI)，通過該界面實(shí)現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)信息提取與重 構(gòu)、行人拋落位置定義、仿真建模、建立優(yōu)化流程等交互式操作，并接收交互式 操作過程中中間結(jié)果及可視化優(yōu)化和仿真后處理結(jié)果。事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊負(fù)責(zé)事 故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和圖片采集、現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)還原，同時(shí)，根據(jù)需要可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的二 次采集；行人拋落位置定位模塊從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提取行人參數(shù)，對(duì)行人拋落 位置及倒地姿態(tài)進(jìn)行重建，可以提供對(duì)行人拋落位置和形態(tài)的詳細(xì)模型描述；碰 撞過程仿真模塊導(dǎo)入行人拋落位置定位模塊所建行人拋落停止位置模型，對(duì)行人 假人進(jìn)行符合受害人體型特征的模型縮放，同時(shí)從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提取車輛、 散落物及事故現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)參數(shù)，建立完整的碰撞前事故現(xiàn)場(chǎng)三維模型，并仿真計(jì)算 初步碰撞結(jié)果；優(yōu)化再現(xiàn)模塊以碰撞仿真模塊仿真計(jì)算初步結(jié)果為優(yōu)化初始條 件，建立優(yōu)化流程，定義優(yōu)化算法，對(duì)仿真碰撞過程進(jìn)行優(yōu)化，再現(xiàn)車人碰撞的 全過程；事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊對(duì)優(yōu)化后的仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行碰撞過程動(dòng)畫和 碰撞參數(shù)顯示。1、事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊，事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊負(fù)責(zé)事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和圖片采集、 現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)還原，同時(shí)，根據(jù)需要可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的二次采集。該模塊由事故現(xiàn) 場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊和事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊組成。a)事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊采用三坐標(biāo)標(biāo)定物和環(huán)形拍攝方式攝影測(cè)量技 術(shù)獲取事故現(xiàn)場(chǎng)信息。可取代目前手工現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)記錄的方式，既能縮短現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)時(shí)間，又能有效提高數(shù)據(jù)記錄精度。b)現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊以事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊所采集的事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng) 過預(yù)處理后得到事故現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)為輸入，通過攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)照片進(jìn)行精 確測(cè)量，重繪事故現(xiàn)場(chǎng)圖。C)事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊采用虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)建立事故現(xiàn)場(chǎng)三維模 型，該模型包含事故車輛、行人模型、事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和車輛、護(hù)欄等變形信息， 可以在三維環(huán)境中從任意角度和任意縮放大小查看事故場(chǎng)景中各車輛、人員等物 體，并支持對(duì)場(chǎng)景中任意兩點(diǎn)的距離進(jìn)行測(cè)量。事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊是事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集操作，也是汽車與行人碰撞事 故再現(xiàn)系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)來(lái)源，現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊和事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊是對(duì) 事故的兩種再現(xiàn)形式，可以有效組織事故現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)，為后續(xù)碰撞過程再現(xiàn)提供 數(shù)據(jù)支持。2、行人拋落位置定位模塊，行人拋落位置定位模塊從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提 取行人參數(shù)，對(duì)行人拋落位置及倒地姿態(tài)進(jìn)行重建，可以提供對(duì)行人拋落位置和 形態(tài)的詳細(xì)模型描述。該模塊由事故行人信息提取子模塊和多點(diǎn)定位子模塊組 成。a) 事故行人信息提取子模塊針對(duì)行人拋落停止位置和姿態(tài)，同時(shí)參考尸體 檢驗(yàn)報(bào)告或醫(yī)院損傷證明，將行人相關(guān)信息進(jìn)行匯總和預(yù)處理，以此為基礎(chǔ)，分 析行人損傷產(chǎn)生的原因，確定行人倒地位置和姿態(tài)。b) 多點(diǎn)定位子模塊包括行人人體特征分析子模塊、行人損傷分析和行人位 置子模塊、形態(tài)多點(diǎn)定位子模塊。行人人體特征分析子模塊依據(jù)事故行人信息提 取子模塊所提取的行人人體參數(shù)定義人體整體尺寸、質(zhì)量及不同身體部位的不同 尺度；行人損傷分析子模塊確定事故中人體損傷部位和損傷程度；以行人人體特 征分析子模塊和行人損傷分析子模塊所提取的行人參數(shù)為基礎(chǔ)，從事故過程再現(xiàn) 結(jié)果中，提取行人四肢、頭、胸等部位的關(guān)鍵點(diǎn)空間三維坐標(biāo)，通過三維坐標(biāo)的 絕對(duì)位置定位和相互耦合關(guān)系，對(duì)行人拋落位置和姿態(tài)進(jìn)行精確定位。行人拋落位置定位模塊以事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊所繪制的現(xiàn)場(chǎng)圖和建立的三維 事故現(xiàn)場(chǎng)為輸入，提取行人相關(guān)參數(shù)，基于行人拋落形態(tài)多點(diǎn)定位方法，對(duì)對(duì)行人拋落位置和姿態(tài)進(jìn)行精確定位，作為碰撞過程仿真模塊車人碰撞事故再現(xiàn)仿真 結(jié)果行人拋落位置姿態(tài)的輸入。3、 碰撞過程仿真模塊，碰撞過程仿真模塊對(duì)行人假人進(jìn)行符合受害人體型特征的模型縮放，建立完整的碰撞前事故現(xiàn)場(chǎng)三維模型，并仿真計(jì)算初步碰撞結(jié)果。該模塊由多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊、適用于中國(guó)人體型特征行人假人模型 建模子模塊和仿真計(jì)算子模塊組成。a) 多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊所采用的多剛體分析方法是目前解決汽車與 行人碰撞事故再現(xiàn)問題的基礎(chǔ)方法，以多剛體形式進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境構(gòu)建，基于 多剛體能量和動(dòng)量守恒理論，以剛體穿透模擬變形，定義汽車行人碰撞模型。b) 適用于中國(guó)人體型特征行人假人模型建模子模塊負(fù)責(zé)根據(jù)實(shí)際的車人交 通事故案例，基于行人體型特征的事故再現(xiàn)方法，采用不同尺度的因素，定制不 同的身體部位，基于人體測(cè)量學(xué)進(jìn)行參數(shù)縮放，幾何尺寸縮放、傳感器的位置縮 放、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量縮放、其它特性縮放、橢球和接觸特性縮放、其它力模型縮 放等。c) 仿真計(jì)算子模塊將多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊和適用于中國(guó)人體型特征 行人假人模型建模子模塊，所建立的事故現(xiàn)場(chǎng)模型和車人碰撞模型采用多剛體碰 撞理論進(jìn)行仿真計(jì)算。以上各模塊建立事故現(xiàn)場(chǎng)、車輛和行人的多剛體模型，并進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算， 得到初步的車人碰撞仿真結(jié)果，仿真輸入?yún)?shù)，如車輛速度、車人相對(duì)位置、汽 車與地面摩擦系數(shù)等作為優(yōu)化再現(xiàn)模塊的優(yōu)化輸入?yún)?shù)，仿真輸出參數(shù)，如車輛 停止位置和行人拋落位置為優(yōu)化再現(xiàn)目標(biāo)，人體損傷骨折標(biāo)準(zhǔn)(HIC值和最大沖 擊力)為約束條件。4、 優(yōu)化再現(xiàn)模塊，優(yōu)化再現(xiàn)模塊建立優(yōu)化流程，定義優(yōu)化算法，對(duì)仿真碰 撞過程進(jìn)行優(yōu)化，再現(xiàn)車人碰撞的全過程。該模塊由優(yōu)化流程定義子模塊、優(yōu)化 算法子模塊和優(yōu)化結(jié)果處理子模塊組成。a)優(yōu)化流程定義子模塊通過汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一的圖形化用 戶界面進(jìn)行優(yōu)化流程定義，把碰撞過程仿真模塊的仿真序列轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化分析流程 圖，用建立模塊的方式來(lái)描述仿真序列中包含程序代碼、設(shè)計(jì)變量和對(duì)應(yīng)結(jié)果的工程分析流程，采用過程集成和再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，集成的仿真計(jì)算功能。b)優(yōu)化算法子模塊運(yùn)用優(yōu)化流程定義子模塊所定義的優(yōu)化流程，進(jìn)行設(shè)計(jì) 空間探索(設(shè)計(jì)變量靈敏度分析)和設(shè)計(jì)目標(biāo)數(shù)值優(yōu)化計(jì)算，通過各種快速收斂 算法，達(dá)到理想的事故再現(xiàn)效果，同時(shí)分析和提高再現(xiàn)結(jié)果的魯棒性和可靠性。C)優(yōu)化結(jié)果處理子模塊以響應(yīng)面、響應(yīng)曲線、優(yōu)化收斂曲線或表格的形式 對(duì)優(yōu)化再現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行提取和顯示。優(yōu)化再現(xiàn)模塊是對(duì)碰撞過程仿真模塊所得到的車人碰撞過程的優(yōu)化再現(xiàn)，通 過對(duì)碰撞過程的優(yōu)化，使汽車停止位置和行人拋落位置與現(xiàn)場(chǎng)圖相吻合，從而得 到精確的碰撞參數(shù)，再現(xiàn)碰撞前車人狀態(tài)及完整的車人碰撞過程，優(yōu)化再現(xiàn)結(jié)果 可以在事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊以動(dòng)畫或圖形的形式進(jìn)行顯示。5、事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊，事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊進(jìn)行碰撞過程動(dòng)畫 和碰撞參數(shù)顯示。該模塊由碰撞過程動(dòng)畫顯示子模塊和碰撞參數(shù)顯示子模塊組 成。a) 碰撞過程動(dòng)畫顯示子模塊以事故再現(xiàn)結(jié)果為輸入，通過不同時(shí)間步長(zhǎng)車 人位置坐標(biāo)改變的方式驅(qū)動(dòng)車人碰撞過程動(dòng)畫，同時(shí)可以顯示行人假人模型各關(guān) 節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，再現(xiàn)汽車與行人碰撞事故的全過程。b) 碰撞參數(shù)顯示子模塊以事故再現(xiàn)參數(shù)結(jié)果為輸入，以曲線或表格的形式 分類顯示碰撞過程中汽車和人體損傷、車人位移、速度、加速度和受力情況等參 數(shù)。經(jīng)優(yōu)化的車人碰撞事故仿真再現(xiàn)結(jié)果，可以由事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊進(jìn)行 可視化處理，處理后的車人碰撞結(jié)果可以以動(dòng)畫、曲線和表格的形式直觀表現(xiàn)出 來(lái)，作為事故處理和責(zé)任認(rèn)定的依據(jù)。
權(quán)利要求
1. 一種汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊、行人拋落位置定位模塊、碰撞過程仿真模塊、優(yōu)化再現(xiàn)模塊和事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊，其中所述事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊負(fù)責(zé)事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和圖片采集、現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)還原，同時(shí)，根據(jù)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的二次采集；所述行人拋落位置定位模塊從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提取行人參數(shù)，對(duì)行人拋落位置及倒地姿態(tài)進(jìn)行重建，提供對(duì)行人拋落位置和形態(tài)的詳細(xì)模型描述；所述碰撞過程仿真模塊導(dǎo)入行人拋落位置定位模塊所建行人拋落停止位置模型，對(duì)行人假人進(jìn)行符合受害人體型特征的模型縮放，同時(shí)從事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊提取車輛、散落物及事故現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，建立完整的碰撞前事故現(xiàn)場(chǎng)三維模型，并仿真計(jì)算初步碰撞結(jié)果；所述優(yōu)化再現(xiàn)模塊以碰撞仿真模塊仿真計(jì)算初步結(jié)果為優(yōu)化初始條件，建立優(yōu)化流程，對(duì)仿真碰撞過程進(jìn)行優(yōu)化，再現(xiàn)車人碰撞的全過程；所述事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊對(duì)優(yōu)化后的仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行碰撞過程動(dòng)畫和碰撞參數(shù)顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 各模塊共用統(tǒng)一的圖形化用戶界面，通過該界面實(shí)現(xiàn)事故現(xiàn)場(chǎng)信息提取與重構(gòu)、 行人拋落位置定義、仿真建模、建立優(yōu)化流程交互式操作，并接收交互式操作過 程中中間結(jié)果及可視化優(yōu)化和仿真后處理結(jié)果。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊包括三個(gè)子模塊事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊、現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊和事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊，其中所述事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊完成事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、記錄和存儲(chǔ)； 所述現(xiàn)場(chǎng)圖重建子模塊使用事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊所采集的事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理后，得到事故現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，同時(shí)，通過攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)照片進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確定位車輛、行人、散落物、標(biāo)定物和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志物的坐標(biāo)、尺寸，重繪事故現(xiàn)場(chǎng)圖；所述事故場(chǎng)景三維再現(xiàn)子模塊采集事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊和現(xiàn)場(chǎng)圖重建 子模塊事故中車輛、護(hù)欄變形信息，以及各實(shí)體的三維空間位置坐標(biāo)，采用虛擬 現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立事故現(xiàn)場(chǎng)三維模型，該模型包含事故車輛、行人模型和事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán) 境，可在三維環(huán)境中從任意角度和任意縮放比例查看事故場(chǎng)景中各車輛、人員等 物體，并支持對(duì)場(chǎng)景中任意兩點(diǎn)的距離進(jìn)行測(cè)量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 的事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集子模塊采用三坐標(biāo)標(biāo)定物和環(huán)形拍攝方式獲取事故現(xiàn)場(chǎng)信 息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 行人拋落位置定位模塊包括事故行人信息提取子模塊和行人多點(diǎn)定位子模塊，所述事故行人信息提取子模塊針對(duì)行人拋落停止位置和姿態(tài)，同時(shí)參考尸體 檢驗(yàn)報(bào)告或醫(yī)院損傷證明，將行人相關(guān)信息進(jìn)行匯總和預(yù)處理，以此為基礎(chǔ)，分 析行人損傷產(chǎn)生的原因，確定行人倒地位置和姿態(tài)；所述多點(diǎn)定位子模塊依據(jù)事故行人信息提取子模塊所提取的行人人體參數(shù) 確定人體整體尺寸、質(zhì)量及身體部位的尺度，事故中人體損傷部位和損傷程度， 然后采用行人多點(diǎn)定位方法，對(duì)行人拋落位置和姿態(tài)進(jìn)行定位。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 多點(diǎn)定位子模塊包括行人人體特征分析、行人損傷分析和行人位置形態(tài)多點(diǎn)定位 三個(gè)子模塊，其中所述行人人體特征分析子模塊依據(jù)事故行人信息提取子模塊所提取的行人 人體參數(shù)定義人體整體尺寸、質(zhì)量及身體部位的尺度；所述行人損傷分析子模塊確定事故中人體損傷部位和損傷程度； 所述行人位置形態(tài)多點(diǎn)定位子模塊將行人拋落停止位置劃分為正臥、左側(cè) 臥、右側(cè)臥、俯臥四種基本形態(tài)，四肢伸展、四肢并攏兩種輔助形態(tài)，從事故過 程再現(xiàn)結(jié)果中，提取行人四肢、頭、胸部位的關(guān)鍵點(diǎn)空間三維坐標(biāo)，通過三維坐 標(biāo)的絕對(duì)位置定位和相互耦合關(guān)系，對(duì)行人拋落位置和姿態(tài)進(jìn)行定位。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 碰撞過程仿真模塊包括三個(gè)子模塊多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊、適用于中國(guó)人 體型特征行人假人模型建模子模塊和仿真計(jì)算子模塊，其中所述多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊以多剛體形式進(jìn)行事故現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境構(gòu)建，基于多剛體能量和動(dòng)量守恒理論，以剛體穿透模擬變形，定義汽車行人碰撞模型；所述適用于中國(guó)人體型特征行人假人模型建模子模塊負(fù)責(zé)根據(jù)實(shí)際的車人 交通事故案例，采用不同尺度的因素定制指定的X， Y和Z方向，基于人體測(cè)量 學(xué)進(jìn)行參數(shù)縮放，包括幾何尺寸縮放、傳感器的位置縮放、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量縮放、 其它特性縮放、橢球和接觸特性縮放，其它特性指剛度、摩擦、阻尼和遲滯，通 過對(duì)行人假人模型進(jìn)行定制，更加精確的仿真行人碰撞位置、拋起和落地形態(tài)， 使仿真結(jié)果與碰撞過程實(shí)際更加吻合；所述仿真計(jì)算子模塊將多剛體事故現(xiàn)場(chǎng)建模子模塊和適用于中國(guó)人體型特 征行人假人模型建模子模塊，所建立的事故現(xiàn)場(chǎng)模型和車人碰撞模型采用多剛體 碰撞理論進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真車人碰撞的全過程。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 優(yōu)化再現(xiàn)模塊包括三個(gè)子模塊優(yōu)化流程定義子模塊、優(yōu)化算法子模塊和優(yōu)化結(jié)果處理子模塊，其中所述優(yōu)化流程定義子模塊把碰撞過程仿真模塊的仿真序列轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化分析流程圖，應(yīng)用自動(dòng)設(shè)計(jì)和分析工作流程提高事故過程仿真再現(xiàn)優(yōu)化分析效率； 所述優(yōu)化算法子模塊運(yùn)用優(yōu)化流程定義子模塊所定義的優(yōu)化流程，進(jìn)行設(shè)計(jì)空間探索和設(shè)計(jì)目標(biāo)數(shù)值優(yōu)化計(jì)算，達(dá)到理想的事故再現(xiàn)效果，同時(shí)分析和提高再現(xiàn)結(jié)果的魯棒性和可靠性；所述優(yōu)化結(jié)果處理子模塊以響應(yīng)面、響應(yīng)曲線、優(yōu)化收斂曲線或表格的形式對(duì)優(yōu)化再現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行提取和顯示。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述 優(yōu)化流程定義子模塊以車輛停止位置和行人拋落位置為優(yōu)化目標(biāo)，以人體損傷骨 折標(biāo)準(zhǔn)為約束條件，通過汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)一的圖形化用戶界面進(jìn) 行優(yōu)化流程定義，把碰撞過程仿真模塊的仿真序列轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化分析流程圖，用建 立模塊的方式來(lái)描述仿真序列中包含程序代碼、設(shè)計(jì)變量和對(duì)應(yīng)結(jié)果的工程分析 流程，采用過程集成和再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，集成的仿真計(jì)算功能，應(yīng)用自動(dòng)設(shè)計(jì) 和分析工作流程提高事故過程仿真再現(xiàn)優(yōu)化分析效率。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，其特征是，所述事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊包括碰撞過程動(dòng)畫顯示子模塊和碰撞參數(shù)顯示子模塊， 其中所述碰撞過程動(dòng)畫顯示子模塊以事故再現(xiàn)結(jié)果為輸入，通過不同時(shí)間步長(zhǎng)車 人位置坐標(biāo)改變的方式驅(qū)動(dòng)車人碰撞過程動(dòng)畫，同時(shí)顯示行人假人模型各關(guān)節(jié)的 運(yùn)動(dòng)情況，再現(xiàn)汽車與行人碰撞事故的全過程；所述碰撞參數(shù)顯示子模塊以事故再現(xiàn)參數(shù)結(jié)果為輸入，以曲線或表格的形式 分類顯示碰撞過程中汽車和人體損傷、車人位移、速度、加速度和受力情況的參 數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車與行人碰撞事故再現(xiàn)系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的圖形化用戶界面，實(shí)現(xiàn)事故處理全程交互式操作，事故現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)模塊負(fù)責(zé)事故現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和圖片采集、現(xiàn)場(chǎng)重構(gòu)還原，根據(jù)需要可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的二次采集；行人拋落位置定位模塊提供對(duì)行人拋落位置和形態(tài)的精確描述；碰撞過程仿真模塊對(duì)行人假人進(jìn)行符合受害人體型特征的模型縮放，同時(shí)建立完整的碰撞前事故現(xiàn)場(chǎng)三維模型，并仿真計(jì)算初步碰撞結(jié)果；優(yōu)化再現(xiàn)模塊對(duì)碰撞仿真進(jìn)行優(yōu)化，再現(xiàn)車人碰撞的全過程；事故再現(xiàn)結(jié)果后處理模塊對(duì)優(yōu)化后的仿真結(jié)果進(jìn)行碰撞過程動(dòng)畫和碰撞參數(shù)顯示。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)包含現(xiàn)場(chǎng)信息采集、快速仿真建模、高效仿真優(yōu)化，而且事故處理周期短，精度高、可靠性高。
文檔編號(hào)G06T15/70GK101281660SQ20081003817
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月29日
發(fā)明者張曉云, 柴象海, 磊 郭, 金先龍 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)